[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Photopolymer-Formulierung umfassend Polyurethan
Matrixpolymere, Schreibmonomere und Photoinitiatoren zur Herstellung holographischer
Medien.
[0002] Photopolymer-Formulierungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik
bekannt. So ist beispielsweise in der
WO 2008/125229 A1 eine Photopolymer-Formulierung beschrieben, die Polyurethan-basierte Matrixpolymere,
ein Schreibmonomer auf Acrylatbasis sowie Photoinitiatoren enthält. Im ausgehärtetem
Zustand sind in der Polyurethanmatrix das Schreibmonomer und die Photoinitiatoren
räumlich isotrop verteilt eingebettet.
[0003] Aus der
JP 2004 300046 A, der
EP 1 229 389 A1 und der
EP 0 859 283 A1 sind jeweils photopolymeriserbare Formulierungen bekannt, die Matrixpolymere, Photoinitiatoren
und Triazin-Derivate enthalten. Allerdings werden in keinem der Dokumente Systeme
beschrieben, bei denen Polyurethane als Matrixpolymere zum Einsatz kommen.
[0004] Für die Verwendungen von Photopolymer-Formulierungen spielt die durch die holographische
Belichtung im Photopolymer erzeugte Brechungsindexmodulation Δn die entscheidende
Rolle. Bei der holographischen Belichtung wird das Interferenzfeld aus Signal- und
Referenzlichtstrahl (im einfachsten Fall das zweier ebener Wellen) durch die lokale
Photopolymerisation von z.B. hochbrechenden Acrylate an Orten hoher Intensität im
Interferenzfeld in ein Brechungsindexgitter abgebildet. Das Brechungsindexgitter im
Photopolymeren (das Hologramm) enthält alle Information des Signallichtstrahls. Durch
Beleuchtung des Hologramms nur mit dem Referenzlichtstrahl kann dann das Signal wieder
rekonstruiert werden. Die Stärke des so rekonstruierten Signals im Verhältnis zur
Stärke des eingestrahlten Referenzlichts wird Beugungseffizienz, im folgenden DE wie
Diffraction Efficiency, genannt.
[0005] Im einfachsten Fall eines Hologramms, das aus der Überlagerung zweier ebener Wellen
entsteht ergibt sich die DE aus dem Quotienten der Intensität des bei der Rekonstruktion
abgebeugten Lichtes und der Summe der Intensitäten aus eingestrahltem Referenzlicht
und abgebeugtem Licht. Je höher die DE desto effizienter ist ein Hologramm in Bezug
auf die Lichtmenge des Referenzlichtes die notwendig ist, um das Signal mit einer
festen Helligkeit sichtbar zu machen.
[0006] Hochbrechende Acrylate sind in der Lage, Brechungsindexgitter mit hoher Amplitude
zwischen Bereichen mit niedrigem Brechungsindex und Bereichen mit hohem Brechungsindex
zu erzeugen und damit in Photopolymer-Formulierungen Hologramme mit hohem DE und hohem
Δn zu ermöglichen. Dabei ist zu beachten, dass DE vom Produkt aus Δn und der Photopolymerschichtdicke
d abhängt. Je größer das Produkt desto größer die mögliche DE (für Reflexionshologramme).
Die Breite des Winkelbereiches bei dem das Hologramm z.B. bei monochromatischer Beleuchtung
sichtbar (rekonstruiert) wird, hängt nur von der Schichtdicke d ab.
[0007] Bei Beleuchtung des Hologramms mit z.B. weißem Licht hängt die Breite des spektralen
Bereiches, der zur Rekonstruktion des Hologramms beitragen kann, ebenfalls nur von
der Schichtdicke d ab. Dabei gilt je kleiner d desto größer die jeweiligen Akzeptanzbreiten.
Will man daher helle und leicht sichtbare Hologramme herstellen, ist ein hohes Δn
und eine geringe Dicke d anzustreben und zwar so, dass DE möglichst groß wird. Das
heißt je höher Δn wird, desto mehr Freiraum zur Gestaltung der Schichtdicke d für
helle Hologramme erreicht man ohne Verlust an DE. Daher kommt der Optimierung von
Δn bei der Optimierung von Photopolymer-Formulierungen eine herausragenden Bedeutung
zu (
P. Hariharan, Optical Holography, 2nd Edition, Cambridge University Press, 1996).
[0008] Um ein möglichst hohes Δn und DE bei Hologrammen realisieren zu können, sollten grundsätzlich
die Matrixpolymere und die Schreibmonomere einer Photopolymer-Formulierung so gewählt
werden, dass sie sich in ihren Brechungsindizes möglichst stark unterscheiden. In
einer Ausführungsform bedeutet dies, dass Matrixpolymere mit einem möglichst niedrigen
und Schreibmonomere mit einem möglichst hohen Brechungsindex verwendet werden. Allerdings
gibt es bei dieser Vorgehensweise besondere Herausforderungen: So führt der hohe Brechungsindexunterschied
zwischen Matrixpolymeren und Schreibmonomeren dazu, dass beide Komponenten nicht im
beliebigem Maße mischbar sind, was auf die sich im Brechungsindexunterschied ausgedrückten
strukturellen Unterschiede der Komponenten zurück zu führen ist. Dies bedeutet insbesondere,
dass die verwendbare Menge an Schreibmonomer in der Photopolymer-Formulierung begrenzt
ist, da es bei deren Überschreitung zur Entmischung der Komponenten kommt, was unbedingt
vermieden werden muss. Ansonsten kann ein Medium aus einer entsprechenden Formulierung
seine Funktionalität verlieren oder ein in ein derartiges Medium geschriebenes Hologramm
sogar nachträglich beschädigt oder zerstört werden.
[0009] Es ist jedoch von Interesse, auch Photopolymer-Formulierungen mit höheren Gehalten
an Schreibmonomeren zur Verfügung zu haben, da damit zum einen hellere Hologramme
herstellbar sind und zum anderen auch mechanische Eigenschaften vorteilhaft eingestellt
werden, um eine gute Integration des Hologramms in anderen Materialien zu ermöglichen.
Darüber hinaus weisen die bekannten Photopolymer-Formulierungen häufig eine hohe Viskosität
auf, was deren Verarbeitung erheblich behindert. So ist es beispielsweise schwierig
die Formulierungen gleichmäßig auf ein zu beschichtendes Substrat zu applizieren.
Große Probleme können auch entstehen, wenn die Formulierung gepumpt werden soll. In
diesem Fall bleibt bisher nur als Lösung, die Temperatur der Formulierung zu erhöhen,
um so die Viskosität zu reduzieren. Dies ist jedoch mit Hinblick auf die Gefahr einer
ungewollt einsetzenden Polymerisierung der Formulierung kritisch.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Photopolymer-Formulierung zur
Herstellung von holographischen Medien bereit zu stellen, die im Vergleich zu bekannten
Formulierungen eine geringere Viskosität aufweist, eine höhere Konzentration an Schreibmonomeren
enthalten kann, ohne dass die oben beschriebenen negativen Effekte auftreten und mit
der gleichzeitig helle Hologramme erhalten werden können.
[0011] Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Schreibmonomere Verbindungen der Formel
(I) enthalten

in der
R1, R2, R3 jeweils unabhängig voneinander OH, Halogen oder ein organischer Rest sind, wobei
wenigstens einer der Reste ein eine strahlungshärtende Gruppe aufweisender organischer
Rest ist.
[0012] Hologramme, die beispielsweise in Filme aus der Photopolymer-Formulierung geschrieben
werden, zeichnen sich durch ihre hohe Helligkeit aus. Außerdem ist es möglich, im
Vergleich zu bekannten Photopolymer-Formulierungen, die Konzentration an Schreibmonomeren
zu erhöhen, ohne dass eine Entmischung der Komponenten der Formulierung auftritt.
Zuletzt zeichnen sich die Photopolymer-Formulierungen relativ zu bekannten Formulierungen
durch eine niedrigere Viskosität aus, was die Transportierbarkeit und Verarbeitbarkeit
deutlich verbessert.
[0013] Die Verbindungen der Formel (I) können beispielsweise durch Umsetzung der entsprechenden
Amine oder Alkohole mit Cyanurchlorid erhalten werden. Bei dieser Reaktion handelt
es sich um eine Aminierung bzw. Veretherung. Die Reaktion kann unter Zuhilfenahme
bekannten Katalysatoren wie z.B. tertiärer Amine, Aniline oder stickstoffhaltiger
Heterocyclen oder anorganischer Basen durchgeführt werden.
[0015] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der oder die organischen
Reste über ein Sauerstoff- oder ein Stickstoffatom am Triazinring gebunden sind.
[0016] Bevorzugt ist weiterhin, wenn die strahlungshärtende Gruppe eine Acrylat- oder eine
Methacrylat-Gruppe ist.
[0017] Besonders helle Hologramme können mit Photopolymer-Formulierungen erhalten werden,
die Schreibmomomere enthalten bei denen R
1, R
2, R
3 unabhängig voneinander Halogen, substituierte oder unsubstituierte Phenol-, Naphtol-,
Anilin-, Naphtalin-, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat-, Hydroxypropyl(meth)acrylat- und
/ oder 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat-Reste sind, wobei wenigstens einer der Reste R
1, R
2, R
3 ein 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat-, ein Hydroxypropyl(meth)acrylat- oder ein 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat-Rest
ist.
[0018] Weiter bevorzugt ist, wenn wenigstens zwei der Reste R
1, R
2, R
3 jeweils unabhängig voneinander ein 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat-, ein Hydroxypropyl(meth)acrylat-
und /oder ein 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat-Rest sind. In diesem Fall weisen die Schreibmonomere
der Formel (I) eine größere Doppelbindungsdichte auf. Daraus resultiert eine höhere
Reaktivität, ein höherer Umsatz und eine stärkere chemische Vernetzung der Schreibmonomere
in dem sich bildenden Poylacrylat. Die so erhaltenen vernetzten Schreibmonomere weisen
ein höheres mittleres Molgewicht als ein auf einem monofunktionellen Schreibmonomer
basierendes lineares Polymer und sind damit erheblich diffusionsstabiler und immobilisiert.
[0019] Eine größere Doppelbindungsdichte kann auch mit Hilfe von Mischungen mono- und höher
Doppelbindungs-funktioneller Schreibmonomere beliebig eingestellt werden.
[0020] Die Matrixpolymere können insbesondere Polyurethane sein.
[0021] Vorzugsweise sind die Polyurethane durch Umsetzung einer Isocyanatkomponente a) mit
einer Isocyanat-reaktiven Komponente b) erhältlich.
[0022] Die Isocyanatkomponente a) umfasst bevorzugt Polyisocyanate. Als Polyisocyanate können
alle dem Fachmann an sich gut bekannten Verbindungen oder deren Mischungen eingesetzt
werden, die im Mittel zwei oder mehr NCO-Funktionen pro Molekül aufweisen. Diese können
auf aromatischer, araliphatischer, aliphatischer oder cycloaliphatischer Basis sein.
In untergeordneten Mengen können auch Monoisocyanate und/oder ungesättigte Gruppen
enthaltende Polyisocyanate mitverwendet werden.
[0023] Beispielsweise geeignet sind Butylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat
(IPDI), 1,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)-octan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat,
die isomeren Bis-(4,4'-isocyanatocyclohexyl)methan und deren Mischungen beliebigen
Isomerengehalts, Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat, 1,4-Cyclohexylendiisocyanat,
die isomeren Cyclohexandimethylendiisocyanate, 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und/oder
2,6-Toluylendiisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,4'- oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und/oder Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat.
[0024] Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Derivaten monomerer Di- oder Triisocyanate
mit Urethan-, Harnstoff-, Carbodiimid-, Acylharnstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-,
Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion- und/oder Iminooxadiazindionstrukturen.
[0025] Bevorzugt ist der Einsatz von Polyisocyanaten auf Basis aliphatischer und/oder cycloaliphatischer
Di- oder Triisocyanate.
[0026] Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Polyisocyanaten der Komponente a) um
dioder oligomerisierte aliphatische und/oder cycloaliphatische Di- oder Triisocyanate.
[0027] Ganz besonders bevorzugt sind Isocyanurate, Uretdione und/oder Iminooxadiazindione
basierend auf HDI, 1,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)-octan oder deren Mischungen.
[0028] Ebenfalls können als Komponente a) NCO-funktionelle Prepolymere mit Urethan-, Allophanat-,
Biuret- und/oder Amidgruppen eingesetzt werden. Prepolymere der Komponente a) werden
in dem Fachmann an sich gut bekannter Art und Weise durch Umsetzung von monomeren,
oligomeren oder Polyisocyanaten a1) mit isocyanatreaktiven Verbindungen a2) in geeigneter
Stöchiometrie unter optionalem Einsatz von Katalysatoren und Lösemitteln erhalten.
[0029] Als Polyisocyanate a1) eignen sich alle dem Fachmann an sich bekannten aliphatischen,
cycloaliphatischen, aromatischen oder araliphatischen Di- und Triisocyanate, wobei
es unerheblich ist, ob diese mittels Phosgenierung oder nach phosgenfreien Verfahren
erhalten wurden. Daneben können auch die diem Fachmann an sich gut bekannten höhermolekularen
Folgeprodukte monomerer Di- und/oder Triisocyanate mit Urethan-, Harnstoff-, Carbodiimid-,
Acylharnstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion-, Iminooxadiazindionstruktur
jeweils einzeln oder in beliebigen Mischungen untereinander eingesetzt werden.
[0030] Beispiele für geeignete monomere Di- oder Triisocyanate, die als Komponente a1) eingesetzt
werden können, sind Butylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat
(IPDI), Trimethyl-hexamethylen-diisocyanat (TMDI), 1,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)-octan,
Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat (TIN), 2,4- und/oder 2,6-Toluen-diisocyanat.
[0031] Als isocyanatreaktive Verbindungen a2) zum Aufbau der Prepolymere werden bevorzugt
OH- funktionelle Verbindungen eingesetzt. Diese sind analog den OH-funktionellen Verbindungen
wie sie nachfolgend für die Komponente b) beschrieben sind.
[0032] Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Aminen zur Prepolymerherstellung. Beispielsweise
geeignet sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Propylendiamin,
Diaminocyclohexan, Diaminobenzol, Diaminobisphenyl, difunktionelle Polyamine wie z.B.
die Jeffamine
®, aminterminierte Polymere mit zahlenmittleren Molmassen bis 10000 g/Mol oder deren
beliebige Gemische untereinander.
[0033] Zur Herstellung von biuretgruppenhaltigen Prepolymeren wird Isocyanat im Überschuss
mit Amin umgesetzt, wobei eine Biuretgruppe entsteht. Als Amine eignen sich in diesem
Falle für die Umsetzung mit den erwähnten Di-, Tri- und Polyisocyanaten alle oligomeren
oder polymeren, primären oder sekundären, difunktionellen Amine der vorstehend genannten
Art.
[0034] Bevorzugte Prepolymere sind Urethane, Allophanate oder Biurete aus aliphatischen
Isocyanat-funktionellen Verbindungen und oligomeren oder polymeren Isocyanat-reaktiven
Verbindungen mit zahlenmittleren Molmassen von 200 bis 10000 g/Mol, besonders bevorzugt
sind Urethane, Allophanate oder Biurete aus aliphatischen Isocyanat-funktionellen
Verbindungen und oligomeren oder polymeren Polyolen oder Polyaminen mit zahlenmittleren
Molmassen von 500 bis 8500 g/Mol und ganz besonders bevorzugt sind Allophanate aus
HDI oder TMDI und difunktionellen Polyetherpolyolen mit zahlenmittleren Molmassen
von 1000 bis 8200 g/Mol.
[0035] Bevorzugt weisen die vorstehend beschriebenen Prepolymere Restgehalte an freiem monomeren
Isocyanat von weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0.5 Gew.-% und
ganz besonders bevorzugt weniger als 0.2 Gew.-% auf.
[0036] Selbstverständlich kann die Isocyanatkomponente anteilsmäßig neben den beschriebenen
Prepolymeren weitere Isocyanatkomponenten enthalten. Hierfür kommen aromatische, araliphatische,
aliphatische und cycloaliphatische Di-, Tri- oder Polyisocyanate in Betracht. Es können
auch Mischungen solcher Di-, Tri- oder Polyisocyanate eingesetzt werden. Beispiele
geeigneter Di-, Tri- oder Polyisocyanate sind Butylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat
(HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 1,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)octan, 2,2,4-
und/oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMDI), die isomeren Bis(4,4'-isocyanatocyclohexyl)methane
und deren Mischungen beliebigen Isomerengehalts, Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat,
1,4-Cyclohexylendiisocyanat, die isomeren Cyclohexandimethylendiisocyanate, 1,4-Phenylendiisocyanat,
2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,4'- oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat oder deren Derivate mit Urethan-, Harnstoff-,
Carbodiimid-, Acyl-harnstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-,
Uretdion-, Iminooxadiazindionstruktur und Mischungen derselben. Bevorzugt sind Polyisocyanate
auf Basis oligomerisierter und/oder derivatisierter Diisocyanate, die durch geeignete
Verfahren von überschüssigem Diisocyanat befreit wurden, insbesondere die des Hexamethylendiisocyanat.
Besonders bevorzugt sind die oligomeren Isocyanurate, Uretdione und Iminooxadiazindione
des HDI sowie deren Mischungen.
[0037] Es ist gegebenenfalls auch möglich, dass die Isocyanatkomponente a) anteilsmäßig
Isocyanate enthält, die teilweise mit isocyanat-reaktiven ethylenisch ungesättigten
Verbindungen umgesetzt sind. Bevorzugt werden hierbei als isocyanat-reaktives ethylenisch
ungesättigte Verbindungen α,β-ungesättigte Carbonsäurederivate wie Acrylate, Methacrylate,
Maleinate, Fumarate, Maleimide, Acrylamide, sowie Vinylether, Propenylether, Allylether
und Dicyclopentadienyl-Einheiten enthaltende Verbindungen, die mindestens eine gegenüber
Isocyanaten reaktive Gruppe aufweisen, eingesetzt. Besonders bevorzugt sind dies Acrylate
und Methacrylate mit mindestens einer isocyanatreaktiven Gruppe. Als hydroxyfunktionelle
Acrylate oder Methacrylate kommen beispielsweise Verbindungen wie 2-Hydroxy-ethyl(meth)acrylat,
Polyethylenoxid-mono(meth)acrylate, Polypropylenoxidmono(meth)-acrylate, Polyalkylenoxidmono(meth)acrylate,
Poly(ε-caprolacton)mono(meth)acrylate, wie z.B. Tone
® M100 (Dow, USA), 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)-acrylat, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl(meth)acrylat,
die hydroxyfunktionellen Mono-, Di- oder Tetra(meth)acrylate mehrwertiger Alkohole
wie Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, ethoxyliertes, propoxyliertes
oder alkoxyliertes Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit oder
deren technische Gemische in Betracht. Darüberhinaus sind isocyanat-reaktive oligomere
oder polymere ungesättigte Acrylat- und/oder Methacrylatgruppen enthaltende Verbindungen
alleine oder in Kombination mit den vorgenannten monomeren Verbindungen geeignet.
Der Anteil an Isocyanaten an der Isocyanatkomponente a), die teilweise mit isocyanat-reaktiven
ethylenisch ungesättigten Verbindungen umgesetzt sind beträgt 0 bis 99 %, bevorzugt
0 bis 50 %, besonders bevorzugt 0 bis 25 % und ganz besonders bevorzugt 0 bis 15 %.
[0038] Es ist gegebenenfalls auch möglich, dass die vorgenannten Isocyanatkomponente a)
vollständig oder anteilsmäßig Isocyanate enthält, die ganz oder teilweise mit dem
Fachmann aus der Beschichtungstechnologie bekannten Blockierungsmitteln umgesetzt
sind. Als Beispiel für Blockierungsmittel seien genannt: Alkohole, Lactame, Oxime,
Malonester, Alkylacetoacetate, Triazole, Phenole, Imidazole, Pyrazole sowie Amine,
wie z.B. Butanonoxim, Diisopropylamin, 1,2,4-Triazol, Dimethyl-1,2,4-triazol, Imidazol,
Malonsäurediethylester, Acetessigester, Acetonoxim, 3,5-Dimethylpyrazol, ε-Caprolactam,
N-tert.-Butyl-benzylamin, Cyclopentanoncarboxyethylester oder beliebige Gemische dieser
Blockierungsmittel.
[0039] Als Komponente b) können an sich alle polyfunktionellen, isocyanatreaktiven Verbindungen
eingesetzt werden, die im Mittel wenigstens 1.5 isocyanatreaktive Gruppen pro Molekül
aufweisen.
[0040] Isocyanatreaktive Gruppen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt Hydroxy-,
Amino- oder Thiogruppen, besonders bevorzugt sind Hydroxyverbindungen.
[0041] Geeignete polyfunktionelle, isocyanatreaktive Verbindungen sind beispielsweise Polyester-,
Polyether-, Polycarbonat-, Poly(meth)acrylat- und/oder Polyurethanpolyole.
[0042] Als Polyesterpolyole sind beispielsweise lineare Polyesterdiole oder verzweigte Polyesterpolyole
geeignet, wie sie in bekannter Weise aus aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen
Di- bzw. Polycarbonsäuren bzw. ihren Anhydriden mit mehrwertigen Alkoholen einer OH-Funktionalität
> 2 erhalten werden.
[0043] Beispiele für solche Di- bzw. Polycarbonsäuren bzw. Anhydride sind Bernstein-, Glutar-,
Adipin-, Pimelin-, Kork-, Azelain-, Sebacin-, Nonandicarbon-, Decandicarbon-, Terephthal-,
Isophthal-, o-Phthal-, Tetrahydrophthal-, Hexahydrophthal- oder Trimellitsäure sowie
Säureanhydride wie o-Phthal-, Trimellit- oder Bernsteinsäureanhydrid oder deren beliebige
Gemische untereinander.
[0044] Beispiele für geeignete Alkohole sind Ethandiol, Di-, Tri-, Tetraethylenglykol, 1,2-Propandiol,
Di-, Tri-, Tetrapropylenglykol, 1,3-Propandiol, Butandiol-1,4, Butandiol-1,3, Butandiol-2,3,
Pentandiol-1,5, Hexandiol-1,6, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,4-Dihydroxycyclohexan,
1,4-Dimethylolcyclohexan, Octandiol-1,8, Decandiol-1,10, Dodecandiol-1,12, Trimethylolpropan,
Glycerin oder deren beliebige Gemische untereinander.
[0045] Die Polyesterpolyole können auch auf natürlichen Rohstoffen wie Rizinusöl basieren.
Ebenfalls möglich ist, dass die Polyesterpolyole auf Homo- oder Mischpolymerisaten
von Lactonen basieren, wie sie bevorzugt durch Anlagerung von Lactonen bzw. Lactongemischen
wie Butyrolacton, ε-Caprolacton und/oder Methyl-ε-caprolacton an hydroxyfunktionelle
Verbindungen wie mehrwertige Alkohole einer OH-Funktionalität ≥ 2 beispielsweise der
vorstehend genannten Art erhalten werden können.
[0046] Solche Polyesterpolyole haben bevorzugt zahlenmittlere Molmassen von 400 bis 4000
g/Mol, besonders bevorzugt von 500 bis 2000 g/Mol. Ihre OH-Funktionalität beträgt
bevorzugt 1.5 bis 3.5, besonders bevorzugt 1.8 bis 3.0.
[0047] Geeignete Polycarbonatpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von
organischen Carbonaten oder Phosgen mit Diolen oder Diol-Mischungen zugänglich.
[0048] Geeignete organische Carbonate sind Dimethyl-, Diethyl- und Diphenylcarbonat.
[0049] Geeignete Diole bzw. Mischungen umfassen die an sich im Rahmen der Polyestersegmente
genannten mehrwertigen Alkoholen einer OH-Funktionalität ≥ 2, bevorzugt 1,4-Butandiol,
1,6-Hexandiol und/oder 3-Methylpentandiol, oder auch Polyesterpolyole können zu Polycarbonatpolyolen
umgearbeitet werden.
[0050] Solche Polycarbonatpolyole haben bevorzugt zahlenmittlere Molmassen von 400 bis 4000
g/Mol, besonders bevorzugt von 500 bis 2000 g/Mol. Die OH-Funktionalität dieser Polyole
beträgt bevorzugt 1.8 bis 3.2, besonders bevorzugt 1.9 bis 3.0.
[0051] Geeignete Polyetherpolyole sind gegebenenfalls blockweise aufgebaute Polyadditionsprodukte
cyclischer Ether an OH- oder NH-funktionelle Startermoleküle.
[0052] Geeignete cyclische Ether sind beispielsweise Styroloxide, Ethylenoxid, Propylenoxid,
Tetrahydrofuran, Butylenoxid, Epichlorhydrin, sowie ihre beliebigen Mischungen.
[0053] Als Starter können die an sich im Rahmen der Polyesterpolyole genannten mehrwertigen
Alkohole einer OH-Funktionalität ≥ 2 sowie primäre oder sekundäre Amine und Aminoalkohole
verwendet werden.
[0054] Bevorzugte Polyetherpolyole sind solche der vorgenannten Art ausschließlich basierend
auf Propylenoxid oder statistische oder Block-Copolymere basierend auf Propylenoxid
mit weiteren 1-Alkylenoxiden, wobei der 1-Alykenoxidanteil nicht höher als 80 Gew.-%
ist. Daneben sind Poly(trimethylenoxid)e gemäß Formel (III) sowie Mischungen der als
bevorzugt genannten Polyole bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Propylenoxid-homopolymere
sowie statistische oder Block-Copolymere, die Oxyethylen-, Oxypropylen- und/oder Oxybutyleneinheiten
aufweisen, wobei der Anteil der Oxypropyleneinheiten bezogen auf die Gesamtmenge aller
Oxyethylen-, Oxypropylen- und Oxybutyleneinheiten mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt
mindestens 45 Gew.-% ausmacht. Oxypropylen- und Oxybutylen umfasst hierbei alle jeweiligen
linearen und verzweigten C3- und C4-Isomere.
[0055] Solche Polyetherpolyole haben bevorzugt zahlenmittlere Molmassen von 250 bis 10000
g/Mol, besonders bevorzugt von 500 bis 8500 g/Mol und ganz besonders bevorzugt von
600 bis 4500 g/Mol. Die OH-Funktionalität beträgt bevorzugt 1.5 bis 4.0, besonders
bevorzugt 1.8 bis 3.1.
[0056] Daneben sind als Bestandteile der Komponente b) als polyfunktionelle, isocyanatreaktive
Verbindungen auch niedermolekulare, d.h. mit Molekulargewichten kleiner 500 g/mol,
kurzkettige, d.h. 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthaltende aliphatische, araliphatische
oder cycloaliphatische di-, tri- oder polyfunktionelle Alkohole geeignet.
[0057] Dies können beispielsweise sein Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol,
1,4-Butandiol, Neopentylglykol, 2-Ethyl-2-butylpropandiol, Trimethylpentandiol, stellungsisomere
Diethyloctandiole, 1,3-Butylenglykol, Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,6-Hexandiol,
1,2- und 1,4-Cyclohexandiol, hydriertes Bisphenol A (2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan),
2,2-Dimethyl-3-hydroxypropionsäure (2,2-dimethyl-3-hydroxypropyl-ester). Beispiele
geeigneter Triole sind Trimethylolethan, Trimethylolpropan oder Glycerin. Geeignete
höherfunktionelle Alkohole sind Ditrimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit
oder Sorbit.
[0058] Die eingesetzten Photoinitiatoren sind üblicherweise durch aktinische Strahlung aktivierbare
Initiatoren, die eine Polymerisation der entsprechenden polymerisierbaren Gruppen
auslösen. Photoinitiatoren sind an sich bekannte, kommerziell vertriebene Verbindungen,
wobei zwischen unimolekularen (Typ I) und bimolekularen (Typ II) Initiatoren unterschieden
wird. Desweiteren werden diese Initiatoren je nach chemischer Natur für die radikalische,
die anionische (oder), die kationische (oder gemischte) Formen der vorgenannten Polymerisationen
eingesetzt.
[0059] Die Photoinitiatoren können insbesondere einen anionischen, kationischen oder neutralen
Farbstoff und einen Coinitiator umfassen.
[0060] (Typ I)-Systeme für die radikalische Photopolymerisation sind z.B. aromatische Ketonverbindungen,
z.B. Benzophenone in Kombination mit tertiären Aminen, Alkylbenzophenone, 4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenon
(Michlers Keton), Anthron und halogenierte Benzophenone oder Mischungen der genannten
Typen. Weiter geeignet sind (Typ II)-Initiatoren wie Benzoin und seine Derivate, Benzilketale,
Acylphosphinoxide z.B. 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenylphosphinoxid, Bisacylophosphinoxide,
Phenylglyoxylsäureester, Campherchinon, alpha-Aminoalkylphenon, alpha-,alpha-Dialkoxyacetophenon,
1-[4-(Phenylthio)phenyl]octan-1,2-dion-2-(O-benzoyloxim) und alpha-Hydroxyalkylphenon.
[0061] Auch die in
EP-A 0223587 beschriebenen Photoinitiatorsysteme bestehend aus einer Mischung aus einem Ammoniumarylborat
und einem oder mehreren Farbstoffen können als Photoinitiator eingesetzt werden. Als
Ammoniumarylborat eignen sich beispielsweise Tetrabutylammonium Triphenylhexylborat,
Tetrabutylammonium Triphenylbutylborat, Tetrabutylammonium Trinapthylhexylborat, Tetrabutylammonium
Tris(4-tert.butyl)-phenyl-butylborat, Tetrabutylammonium Tris-(3-fluorphenyl)-hexylborat,
Tetramethylammonium Triphenylbenzylborat, Tetra(n-hexyl)ammonium (sec-Butyl)triphenylborat,
1-Methyl-3-octylimidazolium Dipentyldiphenylborat und Tetrabutylammonium Tris-(3-Chlor-4-methylphenyl)-hexylborat.
Als Farbstoffe eignen sich beispielsweise Neu-Methylenblau, Thionin, Basic Yellow,
Pinacynol Chlorid, Rhodamin 6G, Gallocyanin, Ethylviolett, Victoria Blue R, Celestine
Blue, Chinaldinrot, Kristallviolett, Brilliant Grün, Astrazon Orange G, Darrow Red,
Pyronin Y, Basic Red 29, Pyrillium I, Cyanin und Methylenblau, Azur A (
Cunningham et al., RadTech'98 North America UV/EB Conference Proceedings, Chicago,
Apr. 19-22, 1998).
[0062] Die für die anionische Polymerisation verwendeten Photoinitiatoren sind in der Regel
(Typ I)-Systeme und leiten sich von Übergangsmetall-Komplexen der ersten Reihe ab.
Hier sind Chrom-Salze, wie z.B. trans-Cr(NH
3)
2(NCS)
4- (
Kutal et al, Macromolecules 1991, 24, 6872) oder Ferrocenyl-Verbindungen (
Yamaguchi et al. Macromolecules 2000, 33, 1152). Eine weitere Möglichkeit der anionischen Polymerisation besteht in der Verwendung
von Farbstoffen, wie Kristallviolett Leukonitril oder Malchit Grün Leukonitril, die
durch photolytischen Zerfall Cyanoacrylate polymerisieren können (
Neckers et al. Macromolecules 2000, 33, 7761). Allerdings wird dabei das Chromophor in das Polymer eingebaut, so dass die resultierenden
Polymere durchgefärbt sind.
[0063] Die für die kationische Polymerisation verwendeten Photoinitiatoren bestehen im wesentlichen
aus drei Klassen: Aryldiazonium-Salze, Onium-Salze (hier speziell: Iodonium-, Sulfonium-
und Selenonium-Salze) sowie Organometall-Verbindungen. Phenyldiazonium-Salze können
unter Bestrahlung sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit eines Wasserstoff-Donors
ein Kation erzeugten, dass die Polymerisation initiiert. Die Effizienz des Gesamtsystems
wird durch die Natur des verwendeten Gegenions zur Diazonium-Verbindung bestimmt.
Bevorzugt sind hier die wenig reaktiven aber recht teuren SbF
6-, AsF
6- oder PF
6-. Für den Einsatz in Beschichtung dünner Filme sind diese Verbindungen i.d.R wenig
geeignet, da die den nach der Belichtung freigesetzten Stickstoff die Oberflächegüte
herabgesetzt wird (pinholes) (
Li et al., Polymeric Materials Science and Engineering, 2001, 84, 139).
[0064] Sehr weit verbreitet und auch in vielerlei Form kommerziell erhältlich sind Onium-Salze,
speziell Sulfonium- und Iodonium-Salze. Die Photochemie dieser Verbindungen ist nachhaltig
untersucht worden. Die Iodonium-Salze zerfallen nach der Anregung zunächst homolytisch
und erzeugen somit ein Radikal und ein Radikalanion, welches sich durch H-Abstraktion
stabilisiert und ein Proton freisetzt und dann die kationische Polymerisation startet
(
Dektar et al. J. Org. Chem. 1990, 55, 639;
J. Org. Chem., 1991, 56. 1838). Dieser Mechanimus ermöglicht den Einsatz von Iodonium-Salzen ebenfalls für die
radikalische Photopolymerisation. Hierbei kommt erneut der Wahl des Gegenions eine
große Bedeutung zu, bevorzugt werden ebenfalls SbF
6-, AsF
6- oder PF
6-. Ansonsten ist in dieser Strukturklasse die Wahl der Substitution des Aromaten recht
frei und im wesentlichen durch die Verfügbarkeit geeigneter Startbausteine für die
Synthese bestimmt.
[0065] Bei den Sulfonium-Salzen handelt es sich um Verbindungen, die in nach Norrish(II)
zerfallen (
Crivello et al., Macromolecules, 2000, 33, 825). Auch bei den Sulfonium-Salzen kommt der Wahl des Gegenions eine kritische Bedeutung
zu, die sich im Wesentlichen in der Härtungsgeschwindigkeit der Polymere äußert. Die
besten Ergebnisse werden i.d.R. mit SbF
6- Salzen erzielt.
[0068] Bevorzugte Photoinitiatoren sind Mischungen aus Tetrabutylammonium Tetrahexylborat,
Tetrabutylammonium Triphenylhexylborat, Tetrabutylammonium Tris-(3-fluorphenyl)-hexylborat
([191726-69-9], CGI 7460, Produkt der Ciba Inc, Basel) und Tetrabutylammonium Tris-(3-Chlor-4-methylphenyl)-hexylborat
([1147315-11-4], CGI 909, Produkt der Ciba Inc, Basel) mit Farbstoffen wie beispielsweise
Astrazon Orange G, Methylenblau, Neu Methylenblau, Azur A, Pyrillium I, Safranin O,
Cyanin, Gallocyanin, Brilliant Grün, Kristallviolett, Ethylviolett und Thionin.
[0069] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Photopolymer-Formulierung
zusätzlich Urethane als Weichmacher enthält, wobei die Urethane insbesondere mit wenigstens
einem Fluoratom substituiert sein können.
[0070] Bevorzugt können die Urethane die allgemeine Formel (II)

haben, in der n≥1 und n≤8 ist und R
4, R
5, R
6 unabhängig voneinander Wasserstoff, lineare, verzweigte, cyclische oder heterocyclische
unsubstituierte oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierte organische
Reste sind, wobei bevorzugt mindestens einer der Reste R
4, R
5, R
6 mit wenigstens einem Fluoratom substituiert ist und besonders bevorzugt R
4 ein organischer Rest mit mindestens einem Fluoratom ist. Besonders bevorzugt ist
R
6 ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsubstituierter oder
gegebenenfalls auch mit Heteroatomen wie beispielsweise Fluor substituierter organischer
Rest.
[0071] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schreibmonomere
zusätzlich ein weiters mono- oder multifunktionales Schreibmonomer umfassen, wobei
es sich insbesondere um ein mono- oder multifunktionelles Acrylat handeln kann.
[0072] Das Acrylat kann insbesondere die allgemeine Formel (III)

aufweisen, in der m≥1 und m≤4 ist und R
7, R
8 unabhängig voneinander Wasserstoff, lineare, verzweigte, cyclische oder heterocyclische
unsubstituierte oder gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierte organische
Reste sind. Besonders bevorzugt ist R
8 Wasserstoff oder Methyl und/oder R
7 ein linearer, verzweigter, cyclischer oder heterocyclischer unsubstituierter oder
gegebenenfalls auch mit Heteroatomen substituierter organischer Rest.
[0073] Ebenso ist es möglich, dass weitere ungesättigte Verbindungen wie α,β-ungesättigte
Carbonsäurederivate wie Acrylate, Methacrylate, Maleinate, Fumarate, Maleimide, Acrylamide,
weiterhin Vinylether, Propenylether, Allylether und Dicyclopentadienyl-Einheiten enthaltende
Verbindungen sowie olefinisch ungesättigte Verbindungen wie z.B. Styrol, α-Methylstyrol,
Vinyltoluol, Olefinine, wie z.B. 1-Octen und/oder 1-Decen, Vinylestern, (Meth)acrylnitril,
(Meth)acrylamid, Methacrylsäure, Acrylsäure zugesetzt werden. Bevorzugt sind Acrylate
und Methacrylate.
[0074] Als Acrylate bzw. Methacrylate werden allgemein Ester der Acrylsäure bzw. Methacrylsäure
bezeichnet. Beispiele verwendbarer Acrylate und Methacrylate sind Methylacrylat, Methylmethacrylat,
Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Ethoxyethylacrylat, Ethoxyethylmethacrylat, n-Butylacrylat,
n-Butylmethacrylat, tert.-Butylacrylat, tert.-Butylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Butoxyethylacrylat, Butoxyethylmethacrylat,
Laurylacrylat, Laurylmethacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat, Phenylacrylat,
Phenylmethacrylat, p-Chlorphenylacrylat, p-Chlorphenylmethacrylat, p-Bromphenylacrylat,
p-Bromphenyl-methacrylat, 2,4,6-Trichlorphenylacrylat, 2,4,6-Trichlorphenylmethacrylat,
2,4,6-Tribromphenyl-acrylat, 2,4,6-Tribromphenylmethacrylat, Pentachlorphenylacrylat,
Pentachlorphenylmethacrylat, Pentabromphenylacrylat, Pentabromphenylmethacrylat, Pentabrombenzylacrylat,
Pentabrombenzylmethacrylat, Phenoxyethylacrylat, Phenoxyethylmethacrylat, Phenoxyethoxyethylacrylat,
Phenoxyethoxyethylmethacrylat, Phenylthioethylacrylat, Phenylthioethylmethacrylat,
2-Naphthylacrylat, 2-Naphthylmethacrylat, 1,4-Bis-(2-thionaphthyl)-2-butylacrylat,
1,4-Bis-(2-thionaphthyl)-2-butylmethacrylat, Propan-2,2-diylbis[(2,6-dibrom-4,1-phenylen)oxy(2-{[3,3,3-tris(4-chlorphenyl)-propanoyl]-oxy}propan-3,1-diyl)oxyethan-2,1-diyl]-diacrylat,
Bisphenol A Diacrylat, Bisphenol A Dimethacrylat, Tetrabromobisphenol A Diacrylat,
Tetrabromobisphenol A Dimethacrylat sowie deren ethoxylierte Analogverbindungen, N-Carbazolylacrylate,
um nur eine Auswahl verwendbarer Acrylate und Methacrylate zu nennen.
[0075] Selbstverständlich können auch Urethanacrylate verwendet werden. Unter Urethanacrylaten
versteht man Verbindungen mit mindestens einer Acrylsäureestergruppe, die zusätzlich
über mindestens eine Urethanbindung verfügen. Es ist bekannt, dass solche Verbindungen
durch Umsetzung eines Hydroxy-funktionellen Acrylsäureesters mit einer Isocyanat-funktionellen
Verbindung erhalten werden können.
[0076] Beispiele hierfür verwendbarer Isocyanat-funktionelle Verbindungen sind aromatische,
araliphatische, aliphatische und cycloaliphatische Di-, Tri- oder Polyisocyanate.
Es können auch Mischungen solcher Di-, Tri- oder Polyisocyanate eingesetzt werden.
Beispiele geeigneter Di-, Tri- oder Polyisocyanate sind Butylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat
(HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 1,8-Diisocyanato-4-(isocyanatomethyl)oktan, 2,2,4-und/oder
2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, die isomeren Bis(4,4'-isocyanatocyclohexyl)methane
und deren Mischungen beliebigen Isomerengehalts, Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat,
1,4-Cyclohexylendiisocyanat, die isomeren Cyclohexandimethylendiisocyanate, 1,4-Phenylendiisocyanat,
2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,4'- oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
1,5-Naphthylendiisocyanat, m-Methylthiophenylisocyanat, Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat
und Tris(p-isocyanatophenyl)thiophosphat oder deren Derivate mit Urethan-, Harnstoff-,
Carbodiimid-, Acylharnstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-,
Uretdion-, Iminooxadiazindionstruktur und Mischungen derselben. Bevorzugt sind dabei
aromatische oder araliphatische Di-, Tri- oder Polyisocyanate.
[0077] Als hydroxyfunktionelle Acrylate oder Methacrylate für die Herstellung von Urethanacrylaten
kommen beispielsweise Verbindungen in Betracht wie 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, Polyethylenoxid-mono(meth)acrylate,
Polypropylenoxidmono(meth)acrylate, Polyalkylenoxidmono(meth)-acrylate, Poly(ε-caprolacton)mono(meth)acrylate,
wie z.B. Tone
® M100 (Dow, Schwalbach, DE), 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat,
3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylsäure-(2-hydroxy-3-phenoxypropylester),
die hydroxyfunktionellen Mono-, Di- oder Tetraacrylate mehrwertiger Alkohole wie Trimethylolpropan,
Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, ethoxyliertes, propoxyliertes oder alkoxyliertes
Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit oder deren technische
Gemische. Bevorzugt sind 2-Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat
und Poly(ε-caprolacton)mono(meth)acrylate. Darüber hinaus sind als isocyanat-reaktive
oligomere oder polymere ungesättigte Acrylat-und/oder Methacrylatgruppen enthaltende
Verbindungen alleine oder in Kombination mit den vorgenannten monomeren Verbindungen
geeignet. Ebenfalls verwendet werden können die an sich bekannten hydroxylgruppenhaltigen
Epoxy(meth)acrylate mit OH-Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g oder hydroxylgruppenhaltige
Polyurethan(meth)acrylate mit OH-Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g oder acrylierte
Polyacrylate mit OH-Gehalten von 20 bis 300 mg KOH/g sowie deren Mischungen untereinander
und Mischungen mit hydroxylgruppenhaltigen ungesättigten Polyestern sowie Mischungen
mit Polyester(meth)-acrylaten oder Mischungen hydroxylgruppenhaltiger ungesättigter
Polyester mit Polyester(meth)acrylaten.
[0078] Bevorzugt sind insbesondere Urethanacrylate erhältlich aus der Umsetzung von Tris(p-isocyanatophenyl)thiophosphat
und m-Methylthiophenylisocyanat mit alkoholfunktionellen Acrylaten wie 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat,
Hydroxypropyl(meth)acrylat und 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat.
[0079] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen
Photopolymer-Formulierung zur Herstellung holographischer Medien, die durch entsprechende
Belichtungsprozesse für optische Anwendungen im gesamten sichtbaren und nahen UV-Bereich
(300-800 nm) zu Hologrammen verarbeitet werden können. Visuelle Hologramme umfassen
alle Hologramme, die nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgezeichnet werden können.
Darunter fallen unter anderem In-Line (Gabor) Hologramme, Off-Axis Hologramme, Full-Aperture
Transfer Hologramme, Weißlicht-Transmissionshologramme ("Regenbogenhologramme), Denisyukhologramme,
Off-Axis Reflektionshologramme, Edge-Lit Hologramme sowie holographische Stereogramme.
Bevorzugt sind Reflexionshologramme, Denisyukhologramme, Transmissionshologramme.
[0080] Mögliche optische Funktionen der Hologramme, die mit den erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierungen
hergestellt werden können entsprechen den optische Funktionen von Lichtelementen wie
Linsen, Spiegel, Umlenkspiegel, Filter, Streuscheiben, Beugungselemente, Lichtleiter,
Lichtlenker (waveguides), Projektionsscheiben und/oder Masken. Häufig zeigen diese
optischen Elemente eine Frequenzselektivität, je nachdem wie die Hologramme belichtet
wurden und welche Dimensionen das Hologramm hat.
[0081] Zudem können mittels der erfindungsgemäßen Photopolymer-Formulierungen auch holographische
Bilder oder Darstellungen hergestellt werden, wie zum Beispiel für persönliche Portraits,
biometrische Darstellungen in Sicherheitsdokumenten, oder allgemein von Bilder oder
Bildstrukturen für Werbung, Sicherheitslabels, Markenschutz, Markenbranding, Etiketten,
Designelementen, Dekorationen, Illustrationen, Sammelkarten, Bilder und dergleichen
sowie Bilder, die digitale Daten repräsentieren können u.a. auch in Kombination mit
den zuvor dargestellen Produkten. Holographische Bilder können den Eindruck eines
dreidimensionalen Bildes haben, sie können aber auch Bildsequenzen, kurze Filme oder
eine Anzahl von verschiedenen Objekten darstellen, je nachdem aus welchem Winkel,
mit welcher (auch bewegten) Lichtquelle etc. diese beleuchtet wird. Aufgrund dieser
vielfältigen Designmöglichkeiten stellen Hologramme, insbesondere Volumenhologramme,
eine attraktive technische Lösung für die oben genannten Anwendung dar.
[0082] Die Photopolymere-Formulierungen können insbesondere als holografisches Medium in
Form eines Films verwendet werden. Dabei wird als Träger eine Lage eines für Licht
im sichtbaren Spektralbereich (Transmission größer als 85% im Wellenlängenbereich
von 400 bis 780 nm) transparenten Materials oder Materialverbunds ein- oder beidseitig
beschichtet sowie ggf. eine Abdeckschicht auf der oder den Photopolymerlagen appliziert.
[0083] Bevorzugte Materialien oder Materialverbünde des Trägers basieren auf Polycarbonat
(PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen,
Celluloseacetat, Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefinpolymere, Polystyrol,
Polyepoxide, Polysulfon, Cellulosetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat,
Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral oder Polydicyclopentadien oder deren Mischungen.
Besonders bevorzugt basieren sie auf PC, PET und CTA. Materialverbünde können Folienlaminate
oder Coextrudate sein. Bevorzugte Materialverbünde sind Duplex- und Triplexfolien
aufgebaut nach einem der Schemata A/B, A/B/A oder A/B/C. Besonders bevorzugt sind
PC/PET, PET/PC/PET und PC/TPU (TPU = Thermoplastisches Polyurethan).
[0085] Die Materialien oder Materialverbünde des Trägers können einseitig oder beidseitig
antihaftend, antistatisch, hydrophobiert oder hydrophiliert ausgerüstet sein. Die
genannten Modifikationen dienen an der Photopolymerschicht zugewandten Seite dem Zweck,
dass die Photopolymerlage von dem Träger zerstörungsfrei abgelöst werden kann. Eine
Modifikation der der Photopolymerlage abgewandten Seite des Trägers dient dazu, dass
die erfindungsgemäßen Medien speziellen mechanischen Anforderungen genügen, die z.B.
bei der Verarbeitung in Rollenlaminatoren, insbesondere bei Rolle-zu-Rolle-Verfahren,
gefordert sind.
Beispiele
[0086] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. Sofern nicht
abweichend vermerkt verstehen sich dabei alle Prozentangaben als Gewichtsprozente.
Methoden:
[0087] Die Festgehalte wurden bestimmt, indem entweder unter Berücksichtigung der Bedienungsanleitung
der IR-Waage ca. 1 g Substanz auf eine spezielle Einweg-Aluschale aufgetragen und
bei 140°C solange erhitzt werden, bis 30 Sekunden Gewichtskonstanz besteht oder ca.
1 g Substanz auf eine spezielle Einweg-Aluschale aufgetragen wird (geeignet für Systeme
mit einem maximalen Lösemittelgehalt von 10 Gew.-%) und bei 125°C für 60 Minuten im
Trockenschrank erhitzt wird. Dabei wird die zu bestimmende Substanz mithilfe einer
geeignet gebogenen Büroklammer so verteilt, dass eine gleichmäßige Trocknung des Film
gewährleistet ist. Die Büroklammer verbleibt zur Messung in der Probe und muss schon
bei der Einwaage berücksichtigt werden.
[0088] Die angegebenen NCO-Werte (Isocyanat-Gehalte) wurden gemäß DIN EN ISO 11909 bestimmt.
[0089] Die Bestimmung des Gehaltes an 2-Hydroxyethylacrylat (HEA) wird in Anlehnung an DIN/ISO
10283 (2007) durchgeführt. 1.41 g Anthracen (Kalibriersubstanz) als interne Standardsubstanz
werden in einem 1 Liter Messkolben eingewogen und mit Ethylacetat aufgefüllt. Ca.
1 g Probe wird eingewogen und mit 10 mL der wie oben beschrieben hergestellten Lösung
des internen Standards und 10 mL Ethylacetat versetzt, davon werden 2.0 µL gaschromatographisch
aufgetrennt und der Gehalt an HEA flächenkorrigiert in Gew.-% berechnet.
[0090] Die Viskosität wurde auf einem CP25-1 der Fa. Anton Paar (Ostfildern, Deutschland)
mittels Kegel-Platte-Aufbau gemäß ISO 3214 bestimmt und in mPa*s angegeben.
[0091] Messung des Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 405 nm (Methode A): Der Brechungsindex
n in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Proben wurden aus den Transmissions- und
Reflexionsspektren erhalten. Dazu wurden ca. 100 - 300 nm dicke Filme der Proben auf
Quarzglasträger aus verdünnter Lösung in Butylacetat aufgeschleudert. Das Transmissions-
und Reflexionsspektrum dieses Schichtpaketes wurde mit einem Spektrometer der Firma
STEAG ETA-Optik, CD-Measurement System ETA-RT gemessen und danach die Schichtdicke
und der spektrale Verlauf von n an die gemessenen Transmissions- und Reflexionsspektren
angepasst. Dies geschieht mit der internen Software des Spektrometers und erfordert
zusätzlich die n Daten des Quarzglassubstrates, die in einer Blindmessung vorab bestimmt
wurden.
[0092] Messung des Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 589 nm (Methode B): Eine Probe
der Beispiel-Verbindung wurde ein Abbe-Refraktometer gegeben und nD gemessen.
[0093] Mit einem holographischen Versuchsaufbau wie in Figur 1 dargestellt, wurden die Beugungseffizienz
(DE) der Medien gemessen.
[0094] Der Strahl eines He-Ne Lasers (Emissionswellenlänge 633 nm) wurde mit Hilfe des Raumfilter
(SF) und zusammen mit der Kollimationslinse (CL) in einen parallelen homogenen Strahl
umgewandelt. Die finalen Querschnitte des Signal und Referenzstrahls werden durch
die Irisblenden (I) festgelegt. Der Durchmesser der Irisblendenöffnung beträgt 0.4
cm. Die polarisationsabhängigen Strahlteiler (PBS) teilen den Laserstrahl in zwei
kohärente gleich polarisierte Strahlen. Über die λ/2 Plättchen wurden die Leistung
des Referenzstrahls auf 0.5 mW und die Leistung des Signalstrahls auf 0.65 mW eingestellt.
Die Leistungen wurden mit den Halbleiterdetektoren (D) bei ausgebauter Probe bestimmt.
Der Einfallswinkel (α
0) des Referenzstrahls beträgt -21.8°, der Einfallswinkel (β
0) des Signalstrahls beträgt 41.8°. Die Winkel werden ausgehend von der Probennormale
zur Strahlrichtung gemessen. Gemäß Figur 1 hat daher α
0 ein negatives Vorzeichen und β
0 ein positives Vorzeichen. Am Ort der Probe (Medium) erzeugte das Interferenzfeld
der zwei überlappenden Strahlen ein Gitter heller und dunkler Streifen die senkrecht
zur Winkelhalbierenden der zwei auf die Probe einfallenden Strahlen liegen (Reflexionshologramm).
Der Streifenabstand A, auch Gitterperiode genannt, im Medium beträgt ∼ 225 nm (der
Brechungsindex des Mediums zu ∼1.504 angenommen).
[0095] Figur 1 zeigt die Geometrie eines Holographic Media Testers (HMT) bei λ = 633 nm
(He-Ne Laser): M = Spiegel, S = Verschluss, SF = Raumfilter, CL = Kollimatorlinse,
λ/2 = λ/2 Platte, PBS = polarisationsempfindlicher Strahlteiler, D = Detektor, I =
Irisblende, α
0 = - 21.8°, β
0 = 41.8° sind die Einfallswinkel der kohärenten Strahlen außerhalb der Probe (des
Mediums) gemessen. RD = Referenzrichtung des Drehtisches.
[0096] Mit einem holographischen Versuchsaufbau wie in Figur 1 dargestellt wurden die Beugungseffizienz
(DE) der Medien gemessen.
[0097] Es wurden auf folgende Weise Hologramme in das Medium geschrieben:
- Beide Shutter (S) sind für die Belichtungszeit t geöffnet.
- Danach wurde bei geschlossenen Shuttern (S) dem Medium 5 Minuten Zeit für die Diffusion
der noch nicht polymerisierten Schreibmonomere gelassen.
[0098] Die geschriebenen Hologramme wurden nun auf folgende Weise ausgelesen. Der Shutter
des Signalstrahls blieb geschlossen. Der Shutter des Referenzstrahls war geöffnet.
Die Irisblende des Referenzstrahls wurde auf einen Durchmesser < 1 mm geschlossen.
Damit erreichte man, dass für alle Drehwinkel (Ω) des Mediums der Strahl immer vollständig
im zuvor geschriebenen Hologramm lag. Der Drehtisch überstrich nun computergesteuert
den Winkelbereich von Ω
min bis Ω
max mit einer Winkelschrittweite von 0.05°. Ω wird von der Probennormale zur Referenzrichtung
des Drehtisches gemessen. Die Referenzrichtung des Drehtisches ergibt sich dann wenn
beim Schreiben des Hologramms der Einfallswinkel des Referenz- und des Signalstrahls
betragsmäßig gleich sind also α
0 = -31.8° und β
0 = 31.8° gilt. Dann beträgt Q
recording = 0°. Für α
0 = -21.8° und β
0 = 41.8° beträgt Q
recording daher 10°. Allgemein gilt für das Interferenzfeld beim Schreiben ("recording") des
Hologramms:

θ
0 ist der Halbwinkel im Laborsystem außerhalb des Mediums und es gilt beim Schreiben
des Hologramms:

[0099] In diesem Fall gilt also θ
0 = -31.8°. An jedem angefahrenen Drehwinkel Ω wurden die Leistungen des in der nullten
Ordnung transmittierten Strahls mittels des entsprechenden Detektors D und die Leistungen
des in die erste Ordnung abgebeugten Strahls mittels des Detektors D gemessen. Die
Beugungseffizienz ergab sich bei jedem angefahrenen Winkel Ω als der Quotient aus:
PD ist die Leistung im Detektor des abgebeugten Strahls und
PT ist die Leistung im Detektor des transmittierten Strahls.
[0100] Mittels des oben beschriebenen Verfahrens wurde die Braggkurve, sie beschreibt den
Beugungswirkungsgrad η in Abhängigkeit des Drehwinkels Ω, des geschriebenen Hologramms
gemessen und in einem Computer gespeichert. Zusätzlich wurde auch die in die nullte
Ordnung transmittierte Intensität gegen den Drehwinkel Ω aufgezeichnet und in einem
Computer gespeichert.
[0101] Die maximale Beugungseffizienz (DE = η
max) des Hologramms, also sein Spitzenwert, wurde bei Q
reconstruction ermittelt. Eventuell musste dazu die Position des Detektors des abgebeugten Strahls
verändert werden, um diesen maximalen Wert zu bestimmen.
[0102] Der Brechungsindexkontrast Δn und die Dicke
d der Photopolymerschicht wurde nun mittels der Coupled Wave Theorie (siehe;
H. Kogelnik, The Bell System Technical Journal, Volume 48, November 1969, Number 9
Seite 2909 - Seite 2947) an die gemessene Braggkurve und den Winkelverlauf der transmittierten Intensität
ermittelt. Dabei ist zu beachten, dass wegen der durch die Photopolymerisation auftretenden
Dickenschwindung der Streifenabstand Λ' des Hologramms und die Orientierung der Streifen
(slant) vom Streifenabstand A des Interferenzmusters und dessen Orientierung abweichen
kann. Demnach wird auch der Winkel α
0' bzw. der entsprechende Winkel des Drehtisches Ω
reconstruction, bei dem maximale Beugungseffizienz erreicht wird von α
0 bzw. vom entsprechenden Ω
recording abweichen. Dadurch verändert sich die Bragg-Bedingung. Diese Veränderung wird im
Auswerteverfahren berücksichtigt. Das Auswerteverfahren wird im Folgenden beschrieben:
Alle geometrischen Größen, die sich auf das geschriebene Hologramm beziehen und nicht
auf das Interferenzmuster werden als gestrichene Größen dargestellt.
[0104] Beim Auslesen des Hologramms ("reconstruction") gilt wie analog oben dargestellt:

[0105] An der Bragg-Bedingung ist das "Dephasing"
DP = 0. Und es folgt entsprechend:

[0106] Der noch unbekannt Winkel β' kann aus dem Vergleich der Bragg-Bedingung des Interferenzfeldes
beim Schreiben des Hologramms und der Bragg-Bedingung beim Auslesen des Hologramms
ermittelt werden unter der Annahme, dass nur Dickenschwindung stattfindet. Dann folgt:

ν ist die Gitterstärke, ξ ist der Detuning Parameter und ψ' die Orientierung (Slant)
des Brechungsindexgitters das geschrieben wurde. α' und β' entsprechen den Winkeln
α
0 und β
0 des Interferenzfeldes beim Schreiben des Hologramms, aber im Medium gemessen und
für das Gitter des Hologramms gültig (nach Dickenschwindung). n ist der mittlere Brechungsindex
des Photopolymers und wurde zu 1.504 gesetzt. λ ist die Wellenlänge des Laserlichts
im Vakuum.
[0107] Die maximale Beugungseffizienz (DE = η
max) ergibt sich dann für ξ = 0 zu:

[0108] Figur 2 zeigt die gemessene transmittierte Leistung
PT (rechte
y-Achse) als durchgezogene Linie gegen das Winkeldetuning ΔΩ aufgetragen, die gemessene
Beugungseffizienz η (linke
y-Achse) als ausgefüllte Kreise gegen das Winkeldetuning ΔΩ aufgetragen (soweit die
endliche Größe des Detektors es erlaubte) und die Anpassung der Kogelnik Theorie als
gestrichelte Linie (linke
y-Achse).
[0109] Die Messdaten der Beugungseffizienz, die theoretische Braggkurve und die transmittierte
Intensität werden wie in Figur 2 gezeigt gegen den zentrierten Drehwinkel ΔΩ = Ω
reconstruction -Ω = α'
0 -ϑ'
0 auch Winkeldetuning genannt, aufgetragen.
[0110] Da DE bekannt ist wird die Form der theoretischen Braggkurve nach Kogelnik nur noch
durch die Dicke
d' der Photopolymerschicht bestimmt. Δn wird über DE für gegebene Dicke
d' so nachkorrigiert, dass Messung und Theorie von DE immer übereinstimmen.
d' wird nun solange angepasst bis die Winkelpositionen der ersten Nebenminima der theoretischen
Braggkurve mit den Winkelpositionen der ersten Nebenmaxima der transmittierten Intensität
übereinstimmen und zudem die volle Breite bei halber Höhe (FWHM) für die theoretische
Braggkurve und für die transmittierte Intensität übereinstimmen.
[0111] Da die Richtung in der ein Reflexionshologramm bei der Rekonstruktion mittels eines
Ω-Scans mitrotiert, der Detektor für das abgebeugte Licht aber nur einen endlichen
Winkelbereich erfassen kann, wird die Braggkurve von breiten Holgrammen (kleines
d') bei einem Ω-Scan nicht vollständig erfasst, sondern nur der zentrale Bereich, bei
geeigneter Detektorpositionierung. Daher wird die zur Braggkurve komplementäre Form
der transmittierten Intensität zur Anpassung der Schichtdicke
d' zusätzlich herangezogen.
[0112] Figur 2 zeigt die Darstellung der Braggkurve η nach der Coupled Wave Theorie (gestrichelte
Linie), des gemessenen Beugungswirkungsgrades (ausgefüllte Kreise) und der transmittierten
Leistung (schwarz durchgezogene Linie) gegen das Winkeldetuning ΔΩ.
[0113] Für eine Formulierung wurde diese Prozedur eventuell mehrfach für verschiedene Belichtungszeiten
t an verschiedenen Medien wiederholt, um festzustellen bei welcher mittleren Energiedosis
des einfallenden Laserstrahls beim Schreiben des Hologramms DE in den Sättigungswert
übergeht. Die mittlere Energiedosis
E ergibt sich wie folgt aus den Leistungen der zwei den Winkeln α
0 und β
0 zugeordneten Teilstrahlen (Referenzstrahl mit P
r = 0.50 mW und Signalstrahl mit P
s = 0.63 mW), der Belichtungszeit t und dem Durchmesser der Irisblende (0.4 cm):

[0114] Die Leistungen der Teilstrahlen wurden so angepasst, dass in dem Medium bei den verwendeten
Winkeln α
0 und β
0, die gleiche Leistungsdichte erreicht wird.
Substanzen:
[0115] Die verwendeten Alkohle und Cyanurchlorid sowie Lösungsmittel und Reagenzien wurden
im Chemikalienhandel bezogen.
- CGI-909
- Tetrabutylammonium-tris(3-chlor-4-methylphenyl)(hexyl)borat, [1147315-11-4] ist ein
von der CIBA Inc., Basel, Schweiz, hergestelltes Produkt.
- Desmorapid Z
- Dibutylzinn-dilaurat [77-58-7], Produkt der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen,
Deutschland.
- Desmodur® N 3900
- Produkt der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, Hexandiisocyanat-basiertes Polyisocyanat,
Anteil an Iminooxadiazindion mindestens 30 %, NCO-Gehalt: 23.5 %.
- Fomrez UL 28
- Urethanisierungskatalysator, Handelsprodukt der Momentive Performance Chemicals, Wilton,
CT, USA.
Herstellung von 2,4-Dichlor-6-(1-naphthyloxy)-1,3,5-triazin [30886-30-7]
[0116] In einem 2 L Rundkolben wurden 125.0 g Cyanurchlorid in 300 mL Aceton gelöst und
eine Lösung von 96.8 g 1-Naphthol in 300 mL Aceton bei 0 °C langsam zugetropft. Anschliessend
wurden 168 mL 4 N Natronlauge langsam zugetropft. Es wurde 1 h bei 0 °C nachgerührt,
anschließend wurde auf Raumtemperatur erwärmt und 1 h nachgerührt. Die wässrige Phase
wurde abgetrennt und zur organischen Phase wurden 200 mL 5%-ige NaOH und 200 mL Chloroform
zugegeben, es wurde erneut die wässrige Phase abgetrennt und die organischen Phase
wurde zweimal mit jeweils 80 mL 5%-iger NaOH und dreimal mit jeweils 180 mL Wasser
gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Es wurde filtriert und das Lösungsmittel
wurde bei unter reduziertem Druck abdestilliert. Das Produkt wurde als farbloser Feststof
erhalten (Herstellung beschrieben in
WO 8704321).
Beispiel 1: 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxyethan-2,1-diyl)trisacrylat [55008-80-5]
[0117] In einem 2 L Rundkolben wurden 218.0 g Cyanurchlorid in 0.50 L Pyridin : Toluol (v:v
= 1:1) bei 0 °C vorgelegt und 414 g 2-Hydroxyethylacrylat langsam zugetropft. Anschließend
wurde auf Raumtemperatur errwärmt und solange nachgerührt, bis Gehalt an 2-Hydroxyethylacrylat
unter 0.1 % gesunken war. Das Reaktionsgemisch wurde auf 1 L Eiswasser gegeben und
mit 2 N Salzsäure angesäuert. Die wässrige Phase wurde dreimal mit jeweils 0.5 L Dichlormethan
extrahiert, die vereinigten organischen Phasen wurden mit 0.5 L 10%-iger wässriger
Natriumhydrogencarbonat-Lösung gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel
wurde abdestilliert und das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten (Herstellung beschrieben
in
JP 56152467 A und
JP 49125380).
Beispiel 2: 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxybutan-4,1-diyl)trisacrylat
[0118] In einem 0.5 L Rundkolben wurden 55.6 g Cyanurchlorid und 127.8 g 4-Hydroxybutylacrylat
bei 0 °C in 87 mL Wasser suspendiert vorgelegt und 210 mL 4 N Natronlauge langsam
zugetropft. Es wurde 1 h bei 0 °C nachgerührt und anschließend wurde auf Raumtemperatur
erwärmt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 0.3 L Wasser gegeben und dreimal mit jeweils
0.3 L Dichlormethan extrahiert, die vereinigten organischen Phasen wurden mit 0.1
L 1 N Salzsäure und zweimal mit 0.2 L Wasser gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet.
Es wurden 0.05 g 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol zugegeben, das Lösungsmittel wurde
abdestilliert und das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Beispiel 3: 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxyethan-2,1-diyl)tris(2-methylacrylat)
[0119] In einem 0.5 L Rundkolben wurden 34.0 g Cyanurchlorid in 270 mL Aceton gelöst und
86.2 g 2-Hydroxyethylmethacrylat bei 0 °C langsam zugetropft. Anschliessend wurden
138 mL 4 N Natronlauge langsam zugetropft. Es wurde 1 h bei 0 °C nachgerührt und anschließend
wurde auf Raumtemperatur erwärmt. Die wässrige Phase wurde abgetrennt und zur organisehen
Phase wurden 200 mL 5%-ige NaOH und 200 mL Methylenchlorid zugegeben, es wurde erneut
die wässrige Phase abgetrennt und die organischen Phase wurde zweimal mit jeweils
80 mL 5%-ige NaOH und dreimal mit jeweils 180 mL Wasser gewaschen und über Natriumsulfat
getrocknet. Es wurden 0.05 g Hydrochinon (gelöst in Methylenchlorid) zugegeben, filtriert
und das Lösungsmittel wurde bei maximal 45 °C Sumpftemperatur unter reduziertem Druck
abdestilliert. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Beispiel 4: Gemisch aus 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxypropan-2,1-diyl)trisacrylat und 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxypropan-1,2-diyl)trisacrylat
[0120] In einem 0.5 L Rundkolben wurden 34.0 g Cyanurchlorid in 270 mL Aceton gelöst und
86.2 g Hydroxy-propylacrylat bei 0 °C langsam zugetropft. Anschliessend wurden 138
mL 4 N Natronlauge langsam zugetropft. Es wurde 1 h bei 0 °C nachgerührt und anschließend
wurde auf Raumtemperatur erwärmt. Die wässrige Phase wurde abgetrennt und zur organischen
Phase wurden 200 mL 5%-ige NaOH und 200 mL Methylenchlorid zugegeben, es wurde erneut
die wässrige Phase abgetrennt und die organischen Phase wurde zweimal mit jeweils
80 mL 5%-ige NaOH und dreimal mit jeweils 180 mL Wasser gewaschen und über Natriumsulfat
getrocknet. Es wurden 0.05 g Hydrochinon (gelöst in Methylenchlorid) zugegeben, filtriert
und das Lösungsmittel wurde bei maximal 45 °C Sumpftemperatur unter reduziertem Druck
abdestilliert. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Beispiel 5: 2-({4-[4-(Acryloyloxy)butoxyl-6-[2-(acryloyloxy)propoxy]-1,3,5-triazin-2-yl}oxy)ethyl-2-methylacrylat
(Idealstruktur 1:1:1 Produkt)
[0121] In einem 0.5 L Rundkolben wurden 34.0 g Cyanurchlorid in 270 mL Aceton gelöst und
ein Gemisch aus 27.8 mL 2-Hydroxyethylmethacrylat, 27.8 mL Hydroxy-propylacrylat und
30.9 mL 4-Hydroxybutylacrylat bei 0 °C langsam zugetropft. Anschliessend wurden 138
mL 4 N Natronlauge langsam zugetropft. Es wurde 1 h bei 0 °C nachgerührt und anschließend
wurde auf Raumtemperatur erwärmt. Die wässrige Phase wurde abgetrennt und zur organischen
Phase wurden 200 mL 5%-ige NaOH und 200 mL Methylenchlorid zugegeben, es wurde erneut
die wässrige Phase abgetrennt und die organischen Phase wurde zweimal mit jeweils
80 mL 5%-ige NaOH und dreimal mit jeweils 180 mL Wasser gewaschen und über Natriumsulfat
getrocknet. Es wurden 0.05 g Hydrochinon (gelöst in Methylenchlorid) zugegeben, filtriert
und das Lösungsmittel wurde bei maximal 45 °C Sumpftemperatur unter reduziertem Druck
abdestilliert. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Beispiel 6: [6-(1-Naphthyloxy)-1,3,5-triazin-2,4-diyl]bis(oxyethan-2,1-diyl)bisacrylat
[0122] In einem 0.5 L Rundkolben wurden 12.9 g 2,4-Dichlor-6-(1-naphthyloxy)-1,3,5-triazin
[30886-30-7] in 60 mL Aceton gelöst und 10.3 mL 2-Hydroxyethylacrylat bei 0 °C langsam
zugetropft. Anschliessend wurden 22.2 mL 4 N Natronlauge langsam zugetropft. Es wurde
1 h bei 0 °C nachgerührt und anschließend wurde auf Raumtemperatur erwärmt. Die wässrige
Phase wurde abgetrennt und zur organischen Phase wurden 50 mL 5%-ige NaOH und 50 mL
Chloroform zugegeben, es wurde erneut die wässrige Phase abgetrennt und die organischen
Phase wurde zweimal mit jeweils 20 mL 5%-iger NaOH und dreimal mit jeweils 50 mL Wasser
gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Es wurden 0.005 g Hydrochinon (gelöst
in Aceton) zugegeben, filtriert und das Lösungsmittel wurde bei maximal 45 °C Sumpftemperatur
unter reduziertem Druck abdestilliert. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
[0123] Die Beispiele 7-11 wurden analog zu Beispiel 6 aus den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen
hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1: 2-[(Phenylcarbamoyl)oxy]ethylprop-2-enoat []
[0124] In einem 500 mL Rundkolben wurden 0.25 g 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 0.12
g Desmorapid Z und 126.4 g Phenylisocyanat vorgelegt und auf 60 °C erwärmt. Anschließend
wurden 123.3 g 2-Hydroxyethylacrylat zugetropft und die Mischung weiter auf 60 °C
gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter 0.1 % gesunken war. Danach wurde abgekühlt.
Das Produkt wurde als kristalliner Feststoff erhalten (Herstellung beschrieben in
DE 2329142). Das Produkt hat einen Schmelzpunkt von 66-68° C (
Bowman, Macromolecules, 2004, 37 (11), 4062-4069).
Tabelle 1: Übersicht über Triazin-basierte Schreibmonomere und das Vergleichsbeispiel
| Beispiel |
Name |
R1 |
R2 |
R3 |
n (Methode) |
µ (25°C) [mPas] |
Beschreibung |
| 1 |
1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris-(oxyethan-2,1-diyl)trisacrylat |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
1.598 (A) |
- |
Farbloses Öl |
| 2 |
1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxybutan-4,1-diyl)trisacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
- |
- |
Farbloses Öl |
| 3 |
1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxyethan-2,1-diyl)tris(2-methylacrylat) |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
1.500 (B) |
- |
Farbloses Öl |
| 4 |
Gemisch aus 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxypropan-2,1-diyl)trisacrylat und 1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxypropan-1,2-diyl)trisacrylat |
Hydroxy-propylacrylat |
Hydroxy-propylacrylat |
Hydroxy-propylacrylat |
1.500 (B) |
13600 |
Farbloses Öl |
| 5 |
2-({4-[4-(Acryloyloxy)butoxy]-6-[2-(acryloyloxy)propoxy]-1,3,5-triazin-2-yl} oxy)ethyl-2-methylacrylat
(Idealstruktur 1:1:1 Produkt) |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
Hydroxy-propylacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
1.503 (B) |
895 |
Farbloses Öl |
| 6 |
[6-(1-Naphthyloxy)-1,3, 5-triazin-2,4-diyl]bis(oxyethan-2,1-diyl)bisacrylat |
1-Naphthol |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
1.530 (B) |
- |
Farbloses Öl |
| 7 |
[6-(1-Naphthyloxy)-1,3, 5-triazin-2,4-diyl]bis(oxyethan-2,1-diyl)bis(2-methylacrylat) |
1-Naphthol |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
1.580 (B) |
24570 |
Farbloses Öl |
| 8 |
2-({4-[2-(Acryloyloxy)ethoxy]-6-(1-naphthyloxy)-1,3,5-triazin-2-yl}oxy)ethyl-2-methylacrylat |
1-Naphthol |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
1.583 (B) |
- |
Farbloses Öl |
| 9 |
2-({4-[4-(Acryloyloxy)butoxy]-6-(1-naphthyloxy)-1,3,5-triazin-2-yl}oxy)ethyl-2-methylacrylat |
1-Naphthol |
4-Hydroxy-butylacrylat |
2-Hydroxy-ethylmethacrylat |
1.569 (B) |
- |
Farbloses Öl |
| 10 |
2-({4-[4-(Acryloyloxy)butoxy]-6-(1-naphthyloxy)-1,3,5-triazin-2-yl}oxy)ethylacrylat |
1-Naphthol |
2-Hydroxy-ethylacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
- |
- |
Farbloses Öl |
| 11 |
[6-(1-Naphthyloxy)-1,3, 5-triazin-2,4-diyl]bis(oxybutan-4,1-diyl)bisacrylat |
1-Naphthol |
4-Hydroxy-butylacrylat |
4-Hydroxy-butylacrylat |
1.560 (B) |
- |
Farbloses Öl |
| Vergleichs beispiel 1 |
2-[(Phenylcarbamoyl)oxy]-ethylprop-2-enoat |
- |
- |
- |
1.591 (A) |
- |
Farbloser Feststoff |
[0125] Zur Prüfung der optischen Eigenschaften wurden wie im Folgenden beschrieben Medien
hergestellt und optisch vermessen:
Herstellung der Polyol-Komponente:
[0126] In einem 1 L Kolben wurden 0.18 g Zinnoctoat, 374.8 g ε-Caprolacton und 374.8 g eines
difunktionellen Polytetrahydrofuranpolyetherpolyols (Equivalentgewicht 500 g/Mol OH)
vorgelegt und auf 120 °C aufgeheizt und so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis
der Festgehalt (Anteil der nicht-flüchtigen Bestandteile) bei 99.5 Gew.-% oder darüber
lag. Anschließend wurde abgekühlt und das Produkt als wachsiger Feststoff erhalten.
Herstellung des Urethanacrylates 1: 2-({[3-(Methylsulfanyl)phenyl]carbamoyl}oxy)-ethylprop-2-enoat
[0127] In einem 100 mL Rundkolben wurden 0.02 g 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 0.01
g Desmorapid Z, 11.7 g 3-(Methylthio)phenylisocyanat vorgelegt und vorgelegt und auf
60 °C erwärmt. Anschließend wurden 8.2 g 2-Hydroxyethylacrylat zugetropft und die
Mischung weiter auf 60 °C gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter 0.1 % gesunken war.
Danach wurde abgekühlt. Das Produkt wurde als farblose Flüssigkeit erhalten.
Herstellung des fluorierten Urethans 1: 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-Hexadecafluornonyl-butylcarbamat
[0128] In einem 1 L Rundkolben wurden 0.50 g Desmorapid Z und 186 g n-Butylisocyanat vorgelegt
und auf 60 °C erwärmt. Anschließend wurden 813 g 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-Hexadecafluornonanol
zugetropft und die Mischung weiter auf 60 °C gehalten, bis der Isocyanatgehalt unter
0.1 % gesunken war. Danach wurde abgekühlt. Das Produkt wurde als farbloses Öl erhalten.
Herstellung der Medien
Medium 1 (Formulierung 1):
[0129] 5.927 g der wie oben beschrieben hergestellten Polyol-Komponente wurden mit 2.50
g Acrylat aus Beispiel 1, 0.10 g CGI 909 und 0.010 g Neu Methylenblau bei 60 °C und
0.35 g N-Ethylpyrilidon gemischt so dass eine klare Lösung erhalten wurde. Anschließend
wurde auf 30 °C abgekühlt, 1.098 g Desmodur
® N 3900 zugegeben und erneut gemischt. Schließlich wurden 0.006 g Fomrez UL 28 zugegeben
und erneut kurz gemischt. Die erhaltene, flüssige Masse wurde dann auf eine Glasplatte
gegeben und dort mit einer zweiten Glasplatte abgedeckt, die durch Abstandshalter
auf einen Abstand von 20 µm gehalten wurde. Dieser Probenkörper wurde 12 h bei Raumtemperatur
liegen gelassen und gehärtet.
Medien 2-5:
[0130] Die Medien 2-5 wurden in analoger Art und Weise aus den in Tabelle 2 aufgeführten
Beispielen hergestellt.
Medium 6 (Formulierung 2):
[0131] 3.40 g der wie oben beschrieben hergestellten Polyol-Komponente wurden mit 2.00 g
1,3,5-Triazin-2,4,6-triyltris(oxyethan-2,1-diyl)trisacrylat (Beispiel 1), 2.00 g 2-({[3-(Methylsulfanyl)phenyl]carbamoyl}oxy)propylprop-2-enoat
(Urethanacrylat 1), 1.50 g 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-Hexadecafluornonyl-butylcarbamat
(fluoriertes Urethan 1), 0.10 g CGI 909, 0.01 g Neu Methylenblau und 0.35 g N-Ethylpyrrolidon
bei 60 °C gemischt, so dass eine klare Lösung erhalten wurde. Anschließend wurde auf
30 °C abgekühlt, 0.63 g Desmodur N3900 zugegeben und erneut gemischt. Schließlich
wurden 0.006 g Fomrez UL 28 zugegeben und erneut kurz gemischt. Die erhaltene, flüssige
Masse wurde dann auf eine Glasplatte gegeben und dort mit einer zweiten Glasplatte
abgedeckt, die durch Abstandshalter auf einen Abstand von 20 µm gehalten wurde. Dieser
Probenkörper wurde 12 Stunden bei Raumtemperatur liegen gelassen und gehärtet.
Medien 7-11:
[0132] Die Medien 7-11 wurden in analoger Art und Weise aus den in Tabelle 3 aufgeführten
Beispielen hergestellt.
Vergleichsmedium 1:
[0133] 5.927 g der wie oben beschrieben hergestellten Polyol-Komponente wurden mit 2.50
g 2-[(Phenylcarbamoyl)oxy]ethylprop-2-enoat (Vergleichsbeispiel 1), 0.10 g CGI 909
und 0.010 g Neu Methylenblau bei 60 °C und 0.35 g N-Ethylpyrilidon gemischt, so dass
eine klare Lösung erhalten wurde. Anschließend wurde auf 30 °C abgekühlt, 1.098 g
Desmodur
® N 3900 zugegeben und erneut gemischt. Schließlich wurden 0.006 g Fomrez UL 28 zugegeben
und erneut kurz gemischt. Die erhaltene, flüssige Masse wurde dann auf eine Glasplatte
gegeben und dort mit einer zweiten Glasplatte abgedeckt, die durch Abstandshalter
auf einen Abstand von 20 µm gehalten wurde. Dieser Probenkörper wurde 12 h bei Raumtemperatur
liegen gelassen und gehärtet.
Holographische Prüfung:
[0134] Die wie beschrieben hergestellten Medien wurden anschließend mittels einer Messanordnung
gemäß Figur 1 in der oben beschriebenen Weise auf ihre holographischen Eigenschaften
geprüft. Dabei ergaben sich folgende Werte für Δn
sat bei der Dosis E [mJ/cm
2]:
Tabelle 2: Holographische Bewertung ausgewählter Beispiele in der Formulierung 1
| Medium |
Beispiel |
Δnsat |
Dosis E [mJ/cm2] |
| 1 |
1 |
0.0099 |
18 |
| 2 |
2 |
0.0081 |
18 |
| 3 |
4 |
0.0058 |
18 |
| 4 |
5 |
0.0056 |
18 |
| 5 |
6 |
0.0066 |
9 |
| Vergleichsmedium 1 |
Vergleichsbeispiel 1 |
0.0044 |
73 |
Tabelle 3: Holographische Bewertung ausgewählter Beispiele in der Formulierung 2
| Medium |
Beispiel |
Δnsat |
Dosis E [mJ/cm2] |
| 6 |
1 |
0.0253 |
18 |
| 7 |
2 |
0.0219 |
18 |
| 8 |
3 |
0.0175 |
18 |
| 9 |
4 |
0.0258 |
9 |
| 10 |
5 |
0.0199 |
18 |
| 11 |
6 |
0.0192 |
4 |
[0135] Die gefundenen Werte für Δn
sat zeigen, dass das im Vergleichsmedium verwendete Urethanacrylat für die Verwendung
in holographischen Medien weniger geeignet ist, wohingegen die Acrylate in den Medien
1 bis 5 sowie 6 bis 11 für die Herstellung holographischer Medien aufgrund des höheren
Wertes für Δn
sat sehr gut geeignet sind. Zudem zeichnen sich die beschriebenen Acrylate relativ durch
eine niedrigere Viskosität aus, was die Transportierbarkeit und Verarbeitbarkeit in
einer resultierenden Photopolymer-Formulierung deutlich verbessert, wogegen das Vergleichsbeispiel
erst deutlich über Raumtemperatur schmilzt und daher schwerer zu verarbeiten ist.